先進(jìn)制造技術(shù)ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-06 03:45本頁(yè)面
【正文】 真空系統(tǒng)是為了保證在電子束加工時(shí)達(dá)到 102～ 104Pa的真空度。因?yàn)?只有在高真空時(shí)，電子才能高速運(yùn)動(dòng)。為了消除加工時(shí)的金屬蒸氣影響電子發(fā)射而使其產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，需要不斷地把加工中產(chǎn)生的金屬蒸氣抽去。 （ 3）控制系統(tǒng)和電源 電子束加工裝置的控制系統(tǒng)包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強(qiáng)度控制以及工作臺(tái)位移控制等部分。 特種加工技術(shù) 電子束加工 如圖所示。 （ 1）高速打孔 （ 2）加工型孔和 特殊表面 （ 3）焊接 （ 4）刻蝕 （ 5）熱處理 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) （ 1）離子束加工的原理和物理基礎(chǔ) 離子束加工的原理和電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬(wàn)倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的 ，所以一旦離子加速到較高速度時(shí)，離子束比電子束具有更大的撞擊動(dòng)能，它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量、而不是靠動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加工的。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) 離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時(shí)所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。具有一定動(dòng)能的離子斜射到工件材料（靶材）表面時(shí)，可以將表面的原子撞擊出來(lái)，這就是離子的撞擊效應(yīng)和濺射效應(yīng)。如果將工件直接作為離子轟擊的靶材，工件表面就會(huì)受到離子刻蝕（也稱離子銑削）。如果將工件放置在靶材附近，靶材原子就會(huì)濺射到工件表面而被濺射沉積吸附，使工件表面鍍上一層靶材原子的薄膜。如果離子能量足夠大并垂直工件表面撞擊時(shí)，離子就會(huì)鉆進(jìn)工件表面，這就是離子的注入效應(yīng)。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) （ 2）離子束加工分類 1）離子刻蝕是用能量為 ～ 5keV的氬離子轟擊工件，將工件表面的原子逐個(gè)剝離。如圖 a所示。其實(shí)質(zhì)是一種原子尺度的切削加工，所以又稱離子銑削。這就是近代發(fā)展起來(lái)的毫微米加工工藝。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) 2）離子濺射沉積 也是采用能量為 ～ 5keV的氬離子， 轟擊某種材料制成的 靶，離子將靶材原子 擊出，沉積在靶材附 近的工件上，使工件表面鍍上一層薄膜，如圖 313b所示。所以濺射沉積是一種鍍膜工藝。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) 3）離子鍍也稱離子濺射輔助沉積，是用～ 5keV的氬離子，在鍍膜時(shí)，同時(shí)轟擊靶材和工件表面，如圖 313c所示。目的是為了增強(qiáng)膜材與工件基材之間的結(jié)合力。也可將靶材高溫蒸發(fā)，同時(shí)進(jìn)行離子鍍。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) 4）離子注入是采用 5～ 500keV能量的離子束，直接轟擊被加工材料，由于離子能量相當(dāng)大，離子就鉆進(jìn)被加工材料的表面層，如圖313d所示。工件表面層含有注入離子后，就改變了化學(xué)成分，從而改變了工件表面層的機(jī)械物理性能。根據(jù)不同的目的選用不同的注入離子，如磷、硼、碳、氮等。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) （ 3）離子束加工的特點(diǎn) 1）由于離子束可以通過(guò)電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦掃描，離子束轟擊材料是逐層去除原子，離子束流密度及離子能量可以精確控制，所以離子刻蝕可以達(dá)到毫微米（ ）級(jí)的加工精度。離子鍍膜可以控制在亞微米級(jí)精度，離子注入的深度和濃度也可極精確地控制。因此，離子束加工是所有特種加工方法中最精密、最微細(xì)的加工方法，是當(dāng)代毫微米加工（納米加工）技術(shù)的基礎(chǔ)。 特種加工技術(shù) 離子束加工 、分類和特點(diǎn) 2）由于離子束加工是在高真空中進(jìn)行，所以污染少，特別適用于對(duì)易氧化的金屬、合金材料和高純度半導(dǎo)體材料的加工。 3）離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它是一種微觀作用，宏觀壓力很小，所以加工應(yīng)力、熱變形等極小，加工質(zhì)量高，適合于對(duì)各種材料和低剛度零件的加工。 4）離子束加工設(shè)備費(fèi)用昂貴、成本高，加工效率低，因此應(yīng)用范圍受到一定限制。 特種加工技術(shù) 離子束加工 （ 1）考夫曼型離子源 l— 真空抽氣口 2— 燈絲 3— 惰性氣體注入口 4— 電磁線圈 5— 離子束流 6— 工件 7— 陰極 8— 引出電極 9— 陽(yáng)極 10— 電離室 特種加工技術(shù) 離子束加工 （ 2）雙等離子體型離子源 1加工室 2至第一真空泵 3離子槍 4氬氣 5陰極 6中間電極 7電磁鐵 8陽(yáng)極 9控制電極 10引出電極 11離子束 12靜電透鏡 13工件 14至第二真空泵 特種加工技術(shù) 離子束加工 離子束加工的應(yīng)用范圍正在日益擴(kuò)大、不斷創(chuàng)新。目前用于改變零件尺寸和表面物理力學(xué)性能的離子束加工有：用于從工件上作去除加工的離子刻蝕加工，用于給工件表面添加的離子鍍膜加工，用于表面改性的離子注入加工等。 特種加工技術(shù) 離子束加工 （ 1）刻蝕加工 離子刻蝕是從工件上去除材料，是一個(gè)撞擊濺射過(guò)程。當(dāng)離子束轟擊工件，入射離子的動(dòng)量傳遞到工件表面的原子，傳遞能量超過(guò)了原子間的鍵合力時(shí)，原子就從工件表面撞擊濺射出來(lái)，達(dá)到刻蝕的目的。為了避免入射離子與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，必須用惰性元素的離子。氬氣的原子序數(shù)高，而且價(jià)格便宜，所以通常用氬離子進(jìn)行轟擊刻蝕。由于離子直徑很?。s十分之幾個(gè)納米），可以認(rèn)為離子刻蝕的過(guò)程是逐個(gè)原子剝離的，刻蝕的分辨率可達(dá)微米甚至亞微米級(jí)，但刻蝕速度很低，剝離速度大約每秒一層到幾十層原子。 特種加工技術(shù) 離子束加工 （ 2）鍍膜加工 離子鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種。離子鍍時(shí)工件不僅接受靶材濺射來(lái)的原子，還同時(shí)受到離子的轟擊，這使離子鍍具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 離子鍍的種類有很多，常用的離子鍍是以蒸發(fā)鍍膜為基礎(chǔ)的，即在真空中使被蒸發(fā)物質(zhì)氣化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子沖擊作用的同時(shí)，把蒸發(fā)物蒸鍍?cè)诨w上。 特種加工技術(shù) 離子束加工 （ 2）鍍膜加工 空心陰極放電離子鍍 （ HCD）具有較多的優(yōu)越 性，圖示是空心陰極放電 離子鍍裝置示意圖。 l電子束 2電子槍 3空心陰極 4基板臺(tái) 5基板 6蒸發(fā)物
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